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Die präzise Messung von Spurengasen spielt eine zentrale Rolle für Klimaschutz, industrielle Prozesse und die Sicherheit kritischer Infrastrukturen. Bisher erforderte sie teure und große Geräte. Mit der industrietauglichen Weiterentwicklung eines bekannten Messverfahrens ist es einem Team des Fraunhofer-Instituts für Physikalische Messtechnik IPM nun gelungen, hochsensitive Gassensorik in ein robustes und kompaktes Format zu überführen – zu einem Bruchteil der bisherigen Kosten. Für diese Leistung wurden die Forschenden mit dem Joseph-von-Fraunhofer-Preis 2026 ausgezeichnet.
Die Photoakustik ist seit über 150 Jahren bekannt: Werden Gase mit Licht bestrahlt, erwärmen sie sich. Tut man dies gepulst, entstehen periodische Druckänderungen – also Schallwellen, die sich eindeutig einzelnen Gasen zuordnen lassen. Dieser photoakustische Effekt ist die Grundlage für ein hoch präzises Messverfahren, selbst bei geringen Gaskonzentrationen. Doch trotz ihrer hohen Sensitivität fristete die Methode bislang ein Nischendasein, vor allem weil sie auf akustische Verstärkung durch einen Resonator angewiesen ist: Dieser reagiert sehr empfindlich auf kleinste Veränderungen von Luftdruck, Temperatur oder mechanische Beanspruchung. Für ein korrektes Messergebnis muss das System aber den »Ton«, also die Resonanzfrequenz, exakt treffen.
Eine Leuchtdiode macht den Unterschied
Genau hier erzielte das Team um Dr. Christian Weber, Dr. Katrin Schmitt und Dr. Johannes Herbst vom Fraunhofer IPM nun einen Durchbruch: Die Forschenden entwickelten ein Sensorprinzip, das mittels einer kleinen Leuchtdiode seine eigene Resonanzfrequenz fortlaufend selbst bestimmt und die optische Anregung automatisch nachführt. Dabei machte das Team aus der Not eine Tugend: »Die Wand des Sensors absorbiert Strahlung und erzeugt ein starkes photoakustisches Signal – ein vermeintlicher Nachteil, der uns umdenken ließ: Maybe it’s a feature! Jetzt verwenden wir die Wand in Verbindung mit einer zweiten Lichtquelle, um in kurzer Zeit die Resonanzfrequenz zu messen«, so Christian Weber, Projektleiter Integrierte Sensorsysteme am Fraunhofer IPM. Die Resonanzverstärkung bleibt so jederzeit stabil – auch unter wechselnden Bedingungen. Gleichzeitig ermöglicht der geringe Hardwareaufwand Sensorpreise, die bei etwa einem Zehntel der herkömmlichen Geräte liegen.
Erfolgreicher Marktstart mit Leckage-Messungen
Welche Wirkung diese Vereinfachung entfaltet, zeigt die erste große Anwendung: Die Firma Schütz Messtechnik nutzt die Technologie bereits zur Überprüfung von Erdgasnetzen. Dort müssen geringste Methanmengen in der Luft erkannt werden, um Leckagen frühzeitig aufzuspüren. »Dank des kleinen Messkammer-Volumens von rund vier Millilitern statt den bisher notwendigen vier Litern sind die Messungen nun sehr schnell und präzise«, betont Johannes Herbst, Projektleiter Spektroskopie und Prozessanalytik am Fraunhofer IPM. »Mit ihrer geringen Größe sind die Systeme zudem wesentlich mobiler und flexibler einsetzbar.« Ein weiteres Anwendungsfeld: In gasisolierten Hochspannungsanlagen ermöglicht die neue Sensorik erstmals eine dauerhafte, integrierte Überwachung der Schutzgasqualität – eine wichtige Voraussetzung für zuverlässige Überwachung und mehr Betriebssicherheit.
Gebündeltes Know-how für den Technologietransfer
Die schnelle Marktreife gelang durch die enge Zusammenarbeit von Christian Weber – für seine Promotion zur Photoakustik kürzlich mit dem Hugo-Geiger-Preis 2025 ausgezeichnet –, Katrin Schmitt, Gruppenleiterin Thermische Messtechnik und Systeme, sowie Johannes Herbst mit seinem für den Transfer erforderlichen Fachwissen in der Laserspektroskopie. Unterstützt wurde das Team von zahlreichen Kolleginnen und Kollegen, die maßgeblich zum Erfolg der Lösung beitrugen.
Das prämierte Sensorprinzip zeigt exemplarisch, wie aus exzellenter Forschung technologische Wirkung entsteht: »Es ist immer großartig, wenn man ein fertiges Produkt sieht und sagen kann: Hier steckt ein Stück Fraunhofer drin«, freut sich Katrin Schmitt. Die Methangas-Sensoren sind dabei erst der Anfang, denn zahlreiche weitere Applikationen der resonanten Photoakustik sind bereits absehbar – von der industriellen Prozessüberwachung bis hin zur Umweltmesstechnik an viel befahrenen Straßen. Mit ihrer robusten, selektiven und kostengünstigen Funktionsweise hat die Technologie das Potenzial, die Gassensorik grundlegend zu verändern.
https://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2026/juni-2026/spurengas...
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Wirtschaftsvertreter, Wissenschaftler
Maschinenbau, Physik / Astronomie, Umwelt / Ökologie
überregional
Forschungs- / Wissenstransfer, Wettbewerbe / Auszeichnungen
Deutsch
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